Teoretisk Fysik

Hem
Lärare
PM

Loggbok
Extentor och KS:ar

Schema
Kurslitteratur
Läsanvisning

Utvärdering

Länk till kursen i kurs och programkatalogen

SI1161 STATISTISK FYSIK för F3, 6 hp, HT 2013


HEMSIDA

http://courses.theophys.kth.se/SI1161/pm.html

KURSBESKRIVNING

Kursen behandlar termodynamik, klassisk statistisk mekanik och kvantstatistik som på olika sätt beskriver system med ett stort antal partiklar. Systemen kan t.ex. vara atomer och molekyler i gaser, vätskor och fasta ämnen eller elektroner i metaller och halvledare. ämnet är grundläggande för alla delar av fysik och har tillämpningar inom de flesta grenar av teknik.

Termodynamiken är en fenomenologisk makroskopisk teori för energiomvandlingar. Särskilt behandlas energiformen värme som har speciella egenskaper. Med termodynamikens huvudsatser för energi och entropi beskriver man villkoren för olika processer. Termodynamikens användbarhet grundar sig på att dess begrepp är mycket generella. Denna del av kursen utgör en fördjupning av kursen i termodynamik för F1.

Statistiska mekaniken ger den mikroskopiska molekylära bakgrunden till termodynamiken. Med en statistisk beskrivning utifrån ett systems mikroskopiska tillstånd kan man bestämma de medelvärden av mikroskopiska storheter som utgör termodynamiska makroskopiska storheter. Den moderna statistiska mekaniken formuleras med hjälp av s.k. ensembleteori. Till de system som behandlas hör ideala gaser och icke-växelverkande spinn-system.

Kvantstatistiken visar hur symmetriegenskaperna hos de kvantmekaniska vågfunktionerna har betydelse för ett systems termodynamiska och statistiska egenskaper. Man särskiljer Bose-Einstein statistik för system med symmetriska vågfunktioner och Fermi-Dirac statistik för system med antisymmetriska vågfunktioner. Kvantstatistiken har tillämpningar på elektroner i metaller och halvledare, elektromagnetisk strålning, gittersvängningar, m.m.

 FöRKUNSKAPER

Differential- och integralkalkyl (speciellt partiella derivator och funktioner av flera variabler), Matematisk statistik, Kvantmekanikdelen av modern fysik samt Termodynamik (för F1).

 KURSLITTERATUR

S.J. Blundell and K.M. Blundell: Concepts in thermal physics (Second Edition, Oxford University Press, 2010). Kursen omfattar kapitel 1-8,11-14 och 16-30. Notera att boken finns som e-bok på KTHB.

Exempelsamling i Statistisk Fysik, 60 kr (2011) 40 kr finns att köpa på kursexpeditionen.

Formelsamling i Fysik (Inst. för teoretisk fysik, 2006) är densamma som i Fysikens matematiska metoder och kan köpas för 10 kronor eller laddas ner här. Härledning av formlerna 8.25-8.26 finns här.

PRELIMINÄRT PROGRAM FÖR FÖRELÄSNINGARNA

Schema SI1161

Dag

ämne (Kapitelhänvisningar)

 

Termodynamik

 

Tisdag 5 november

Introduktion. Termodynamiska begrepp. Värme. Värmekapacitet, Sannolikhet, Boltzmann faktor (1-4)

 

Torsdag 7 november

Maxwell-Boltzman hastighetsförelning, Ideala gaslagen, Molekylärt flöde, Effusion, Kollisionsfrekvens (5-8)

 

Onsdag 13 november

Energi, Adiabatiska processer, Clausis teorem, Entropi (11-14)

Torsdag 14 november

Entropibegreppet, Termodynamiska potentialer. Maxwellrelationer(14,16)

 

Tisdag 19 november

Andra typer av arbete. Tredje huvudsatsen. (17,18)

 

 

Klassisk statistisk mekanik

 

Onsdag 20 november

Energin ekvipartition, Partitionsfunktionen (19,20)

 

Torsdag 21 november

Statistisk mekanik för den ideala gasen (21)

 

Tisdag 26 november

Kemisk potential. (22)

 

 

Kvantstatistik

 

Torsdag 28 november

Bose-Einstein och Fermi-Dirac fördelningar (29)

 

Tisdag 3 december

Fermi gasen (30)

 

Torsdag 5 december

Bose gasen(30), fotoner (23)

 

Tisdag 10 december

Fononer (24)

 

Torsdag 12 december

Reella gaser (26.1, 26.4) och fasövergångar (28.1,28.2,28.3).

 

Tisdag 17 december

Överblick

 

Onsdag 18 december

Extra

 

 

PRELIMINÄRT PROGRAM FÖR ÖVNINGARNA

Tal ur exempelsamlingen (2011) som preliminärt kommer att räknas på övningarna och några som är lämpliga för självstudier anges nedan.

Dag

Räknas på övningen

Räknas hemma

 

Termodynamik

 

Fredag 8 november

100, 101, 102

7, 17, 8

Onsdag 13 noveber

14, 16, 21

5, 13, 19

Fredag 15 november

1, 36, 39

22, 20, 29

Tisdag 19 november

18, 31, 41

30, 35, 42

Onsdag 20 november

46, 48, 63

43, 50, 65

 

Klassisk statistisk

 

 

mekanik

 

Fredag 22 november

95, 62, 49

53, 70, 85

Onsdag 27 november

60, 90, 69

57, 61, 54

 

Kvantstatistik

 

Fredag 29 november

107,112,113

106,111,110

Tisdag 3 december

115,117,121

114,116,122

Fredag 6 december

131, 132, 136

133, 134, 108

Onsdag 11 december

141, 149, 150

140, 142, 151

Fredag 13 december

153, 156, 24.3 (boken)

24.1 (boken), 154

Tisdag 17 december

25,28,28.6(boken)

26,28.2, 28.5 (boken)

Torsdag 19 december

extenta dec 2010



KONTROLLSKRIVNING

En kontrollskrivning som omfattar termodynamik och klassisk statistisk mekanik (åtta första föreläsningarna) ges onsdagen den 4 december, kl. 08:00-10:00, i salarna FB52,FB53,FB54,FB55. Kontrollskrivningen är frivillig och ger maximalt 4 bonuspoäng som får adderas till resultatet på tentamen utan bivillkor. Poängsättningen av uppgifterna på kontrollskrivningen sker med en upplösning av 0,1 poäng, varefter den sammanlagda bonuspoängen avrundas till närmaste hel- eller halvtal. Tillgodoräkning av bonuspoäng gäller vid ordinarie tentamen och den närmast följande omtentamen. Rättade kontrollskrivningar kan hämtas på kursexpeditionen.

TENTAMEN

Ordinarie tentamen äger rum måndagen den 13 januari, kl. 08:00-13:00, i salarna FA32,FB53,FB54,FB55,FD41. Förhandsanmälan till tentamen är obligatorisk och kan göras på "Mina Sidor" på KTH:s studentwebb. Tentamen omfattar 5-8 problem som beroende på omfång kan ge maximalt 1-4 poäng vardera . Totalt kan tentan ge maximalt 24 poäng. Gränsen för godkänt (E) ligger vid 10 poäng. För dem som uppnått 9,5 eller 9 poäng finns möjlighet till komplettering för godkänt vid tillfälle som överenskoms med berörda. De övriga betygsgränserna är preliminärt 12 (D), 15 (C), 18 (B) och 21 (A).

FORTSÄTTNINGSKURSER

SI2510, Statistisk mekanik, period 1

SI2520, Statistisk mekanik för icke-jämviktssystem, period 3

SI2530, Beräkningsfysik, period 2

SI2540, Komplexa system, period 4

ÖVRIGT

Vi diskuterar gärna frågor i samband med kursen. Föreläsaren träffas säkrast i anslutning till föreläsningarna eller efter överenskommelse. övningsledarna är lättast tillgängliga i anslutning till övningarna. Kursexpeditionen har öppet vardagar 12.30-14.30 och ligger i AlbaNova, Roslagstullsbacken 21, plan 5, tele 5537 8110.